1、2022-8-15电气设备绝缘预防性试验1电气设备绝缘预防性试电气设备绝缘预防性试验验电气设备绝缘预防性试验1 电气设备绝缘缺陷的产生电气设备绝缘缺陷的产生 制造制造时潜伏下来的时潜伏下来的 运行运行中逐步发展起来的中逐步发展起来的 绝缘缺陷的分类绝缘缺陷的分类 集中性缺陷集中性缺陷 瓷质开裂；发电机绝缘局部磨损、挤压破裂；电缆瓷质开裂；发电机绝缘局部磨损、挤压破裂；电缆在局部放电作用下绝缘逐渐损坏在局部放电作用下绝缘逐渐损坏 分布性缺陷分布性缺陷 整体绝缘性能下降，如绝缘中的有机材料的受潮、整体绝缘性能下降，如绝缘中的有机材料的受潮、老化、变质等老化、变质等 预防性试验方法分类预防性试验方法
2、分类 破坏性试验破坏性试验(耐压试验耐压试验)：严格，但产生损伤：严格，但产生损伤 非破坏性试验：非破坏性试验：电压较低，不会损伤绝缘：电压较低，不会损伤绝缘：容易实现容易实现 破坏性试验和非破坏性试验各有其持点破坏性试验和非破坏性试验各有其持点电气设备绝缘预防性试验13.2 绝缘电阻的测量绝缘电阻的测量 v测量绝缘电阻是检查电气设备绝缘状态测量绝缘电阻是检查电气设备绝缘状态最简便的辅助方法最简便的辅助方法v在现场，普遍采用兆欧表测量绝缘电阻在现场，普遍采用兆欧表测量绝缘电阻&何谓绝缘电阻？等效电路中的电阻？何谓绝缘电阻？等效电路中的电阻？电气设备绝缘预防性试验13.2.1 多层介质的吸收现象
3、多层介质的吸收现象 双层介质的等值电路双层介质的等值电路吸收曲线吸收曲线v当在绝缘上施加直流电压时，流经绝缘的电流会随着时当在绝缘上施加直流电压时，流经绝缘的电流会随着时间逐渐下降，最终达到一个稳定值，这就是间逐渐下降，最终达到一个稳定值，这就是不均匀介质不均匀介质的的吸收现象吸收现象v本质：夹层介质的界面极化本质：夹层介质的界面极化这些电荷被这些电荷被介质吸收了！介质吸收了！电气设备绝缘预防性试验1高电压工程基础 双层介质的吸收现象双层介质的吸收现象双层介质的等值电路 吸收曲线 阴影部分的面积为绝缘在充电过程中逐渐“吸收”的电荷。这种逐渐“吸收”电荷的现象叫做“吸收现象”，对应的电流称为吸收
4、电流。它是由于介质中偶极子逐渐转向，并沿电场方向排列而产生的。电气设备绝缘预防性试验13.2.2 绝缘电阻和吸收比测量绝缘电阻和吸收比测量 v绝缘电阻绝缘电阻在设备绝缘上施加确定的直流电压，经过一在设备绝缘上施加确定的直流电压，经过一定时间（通常为定时间（通常为60秒）后呈现的电阻值秒）后呈现的电阻值v吸收比吸收比K=R60“R15”当绝缘良好时，当绝缘良好时，K常高于某一定值（常高于某一定值（1.3）绝缘普遍受潮时，绝缘普遍受潮时，K接近接近1v极化指数极化指数（10min/1min）$兆欧表测量兆欧表测量电气设备绝缘预防性试验1高电压工程基础兆欧表的原理和接线图（摇表）兆欧表的原理和接线图
5、（摇表）电气设备绝缘预防性试验1绝缘电阻的测量接线绝缘电阻的测量接线v仪器：兆欧表仪器：兆欧表v兆欧表一般有三个接线端子兆欧表一般有三个接线端子被试品接在端子被试品接在端子“E”和和“L”之间之间保护端子保护端子“G”（与（与L相相连）连）有时称为屏蔽端子有时称为屏蔽端子v输出电压为负极性直流输出电压为负极性直流（why?why?）v有有500V、1000V、2500V、5000V等多个等级等多个等级Whats this?电气设备绝缘预防性试验1高电压工程基础试验方法和影响测量结果的因素试验方法和影响测量结果的因素（1）为了避免被试品上可能存留残余电荷而造成误差，试验前应将试品接地放电一段时间
6、；（2）试验时，将被试品接于L、E之间，如果被试品表面的泄漏电流较大，为避免表面泄漏电流的影响，必须加以屏蔽，屏蔽线应接在兆欧表屏蔽端G上；（3）驱动兆欧表达到额定转速，并保持恒定；（4）测量吸收比时，先驱动兆欧表达额定转速，待指针指到时，用绝缘工具将火线迅速接至试品上，同时记录时间，分别读取15s和60s的绝缘电阻值；（5）测试时必须记录温度。电气设备绝缘预防性试验13.2.3 测量结果的影响因素测量结果的影响因素 v被试设备绝缘上可能存留残余电荷被试设备绝缘上可能存留残余电荷造成吸收现象不明显造成吸收现象不明显试验前应对设备充分放电试验前应对设备充分放电v固体绝缘表面状况固体绝缘表面状况v
7、绝缘电阻随绝缘电阻随温度温度呈指数规律下降呈指数规律下降测量时必须记录设备温度测量时必须记录设备温度电气设备绝缘预防性试验1实例：同步电机干燥前后绝缘电阻的变化实例：同步电机干燥前后绝缘电阻的变化 干燥前（受潮），干燥前（受潮），15C干燥完毕，干燥完毕，73.5C运行运行3天，冷却后天，冷却后 27C本图说明：本图说明：吸收现象吸收现象（温度不变）（温度不变）绝缘电阻与绝缘电阻与温度的关系温度的关系电气设备绝缘预防性试验13.3 直流泄漏电流的测量直流泄漏电流的测量 v绝缘电阻和吸收比绝缘电阻和吸收比测量简单易行，有时很有效：整体受潮等测量简单易行，有时很有效：整体受潮等试验电压相对较低，灵
8、敏度和准确性较低试验电压相对较低，灵敏度和准确性较低5000/（1101000）v提高试验电压提高试验电压直流泄漏电流试验直流泄漏电流试验直接测量泄漏电流直接测量泄漏电流因试验电压提高，试验因试验电压提高，试验灵敏度和准确性较高灵敏度和准确性较高试验设备要求提高试验设备要求提高v两者试验原理相同两者试验原理相同电气设备绝缘预防性试验1直流泄漏电流试验原理接线直流泄漏电流试验原理接线 v直流泄漏电流试验和直流耐压试验常利用同一套直流高直流泄漏电流试验和直流耐压试验常利用同一套直流高压发生装置同时进行压发生装置同时进行 Time?1min电气设备绝缘预防性试验1直流高压的产生方式与要求直流高压的产
9、生方式与要求 v产生产生利用交流高压经高压硅堆半波整流利用交流高压经高压硅堆半波整流采用（多级）串级倍压整流电路采用（多级）串级倍压整流电路（实验讲义实验讲义）v要求要求直流试验电压的脉动系数应不大于直流试验电压的脉动系数应不大于3脉动系数脉动系数（最高值最低值）（最高值最低值）/2/2倍平均值倍平均值 100%100%电气设备绝缘预防性试验1测量泄漏电流的影响因素测量泄漏电流的影响因素v与绝缘电阻测量相同的影响因素与绝缘电阻测量相同的影响因素 残余电荷残余电荷绝缘表面状况绝缘表面状况设备温度设备温度v其它因素其它因素外加直流电压的稳定性外加直流电压的稳定性测量微安表的保护和接入位置测量微安表
10、的保护和接入位置高压引线引起的杂散电流带来的测量误差高压引线引起的杂散电流带来的测量误差电气设备绝缘预防性试验1高电压工程基础泄漏电流测量仪表泄漏电流测量仪表测量泄漏电流的电路图T.O.被试品；H高电位电极；L低电位电极；A直流电位表；R保护电阻；P放电管；T.O.某设备绝缘的泄漏电流曲线曲线1：绝缘良好；曲线2：绝缘受潮；曲线3：绝缘中有未贯通的集中性缺陷；曲线4：绝缘有击穿的危险电气设备绝缘预防性试验1介质损失角正切值介质损失角正切值tg的测量的测量 电气设备绝缘预防性试验13.4 介质损失角正切值介质损失角正切值tg的测量的测量 CXRx电气设备绝缘预防性试验1v当电气设备绝缘整体性能下
11、降，如普遍受潮、当电气设备绝缘整体性能下降，如普遍受潮、脏污或老化，以及绝缘中有间隙发生局部放脏污或老化，以及绝缘中有间隙发生局部放电时，流过绝缘的有功电流分量电时，流过绝缘的有功电流分量IRx将增大，将增大，tg也增大也增大v通过测量通过测量tg值可以发现绝缘的值可以发现绝缘的分布性缺陷分布性缺陷v若缺陷部分在整个绝缘中的体积较大，则测若缺陷部分在整个绝缘中的体积较大，则测量量tg 容易发现绝缘的缺陷。容易发现绝缘的缺陷。如果绝缘缺陷是集中性的（非贯穿性的），如果绝缘缺陷是集中性的（非贯穿性的），或缺陷部分在整个绝缘中占很小的体积，则或缺陷部分在整个绝缘中占很小的体积，则该方法不很有效该方法
12、不很有效套管、电力变压器、互感器和某些电容器套管、电力变压器、互感器和某些电容器 电机、电缆电机、电缆 电气设备绝缘预防性试验13.4.1 西林电桥的测量原理西林电桥的测量原理 R4C4R3CXCNCDABGRx当电桥平衡时，检流计中无电流流当电桥平衡时，检流计中无电流流过，各臂阻抗满足关系式：过，各臂阻抗满足关系式：电气设备绝缘预防性试验1v当电桥平衡时，当电桥平衡时，C4的微法数就等于被试品的的微法数就等于被试品的tg值值v在电桥的分度盘上，在电桥的分度盘上，C4的数值直接以的数值直接以tg的百分数的百分数（）来表示（）来表示v测量被试品的电容测量被试品的电容Cx对于判断某些绝缘状况也是有
13、价对于判断某些绝缘状况也是有价值的值的问题：问题：?电容量大了意味着电容量大了意味着什么故障什么故障?电容量小了意味着电容量小了意味着什么故障什么故障电气设备绝缘预防性试验13.4.2 外界电磁场对电桥的干扰外界电磁场对电桥的干扰 v1）外界电场的干扰）外界电场的干扰 v2）外界磁场的干扰）外界磁场的干扰v消除干扰的办法消除干扰的办法将电桥的低压部分全部将电桥的低压部分全部屏蔽起来，引线也采用屏蔽起来，引线也采用屏蔽电缆线屏蔽电缆线采用抗干扰源采用抗干扰源移相法移相法倒相法倒相法改变接线（正、反接法）改变接线（正、反接法）电气设备绝缘预防性试验1高电压工程基础2.外界电磁场对电桥的干扰外界电磁
14、场对电桥的干扰外界电场干扰源（1）外界电场的干扰 包括试验时的高压电源和试验现象其他高压带电体引起的干扰。电气设备绝缘预防性试验1高电压工程基础1.西林电桥的基本原理西林电桥的基本原理电气设备绝缘预防性试验1高电压工程基础（2）外界磁场的干扰 电桥工作时处在交变磁场中，桥路内将感应出一干扰电势，也会造成测量结果的不准确。，电气设备绝缘预防性试验13.4.3影响影响tg测量结果的因素测量结果的因素 v被试电气设备的温度被试电气设备的温度v试验电压的大小试验电压的大小v被试电气设备绝缘的电容（试品电容）被试电气设备绝缘的电容（试品电容）v被试电气设备外绝缘表面的泄漏影响被试电气设备外绝缘表面的泄漏
15、影响电气设备绝缘预防性试验1u 数字化测量方法数字化测量方法 数字化测量tg，不仅可以很容易地调节电桥平衡，而且可以防止外界干扰。原理：原理：利用传感器从试品上取得所需的电压信号U和电流信号I，经前置A/D转换电路数字化后，送至数据处理计算机或单片机，经数据处理后算出电流电压之间的相位差，最后得到tg的测量值。电气设备绝缘预防性试验13.5 局部放电的测量局部放电的测量 测定局部放电，能预示绝缘状况，也是估计绝缘测定局部放电，能预示绝缘状况，也是估计绝缘电老化速度的重要根据电老化速度的重要根据 局部放电伴随发生许多现象局部放电伴随发生许多现象电现象：电脉冲，介质损耗的增大和电磁波电现象：电脉冲
16、，介质损耗的增大和电磁波非电现象：光、热、噪音、气体压力变化和化学变化非电现象：光、热、噪音、气体压力变化和化学变化v局部放电检测方法局部放电检测方法电：电脉冲、介质损耗，可定量电：电脉冲、介质损耗，可定量非电：灵敏度不够，只能定性非电：灵敏度不够，只能定性&电脉冲法检测的参数电脉冲法检测的参数视在放电量视在放电量q放电能量放电能量W放电的重复率放电的重复率(放电频度放电频度)等等电气设备绝缘预防性试验13.5.1 局部放电的检测回路局部放电的检测回路 Cx被试品的电容被试品的电容Ck耦合电容耦合电容Zm、Zm测量阻抗测量阻抗Z低通滤波器低通滤波器U电压源电压源M测量仪器测量仪器 A放大器放大
17、器CX一端接一端接地地CX两端绝两端绝缘缘平衡电平衡电路路电气设备绝缘预防性试验13.5.2 局部放电的测量阻抗和测量仪器局部放电的测量阻抗和测量仪器 vZm和测量的灵敏度、输出波形及脉冲的分辨率都和测量的灵敏度、输出波形及脉冲的分辨率都有关系有关系要消除或减弱输出电压的工频成分要消除或减弱输出电压的工频成分要使脉冲分量的持续时间足够小，以保证快速连续脉冲的分辨要使脉冲分量的持续时间足够小，以保证快速连续脉冲的分辨率率阻抗值应足够高，由它决定输出电压和电流的波形阻抗值应足够高，由它决定输出电压和电流的波形常用测量阻抗常用测量阻抗:电阻、电感、电阻与电感并联以及电感与电容电阻、电感、电阻与电感并
18、联以及电感与电容并联四种形式。并联四种形式。vZm滤波滤波放大放大指示记录仪器指示记录仪器v测量仪器测量仪器阴极射线示波器阴极射线示波器数字存储示波器数字存储示波器指示型电压表指示型电压表脉冲计数器脉冲计数器 电气设备绝缘预防性试验1v测量仪器的校正测量仪器的校正测量仪器所测得的局部放电脉冲值是与被试品的局部放电视测量仪器所测得的局部放电脉冲值是与被试品的局部放电视在放电量在放电量 q成比例的，要从指示值来算得成比例的，要从指示值来算得 q是困难的，只能是困难的，只能通过试验来确定，即通过试验来确定，即PD的测量仪器必须进行试验校正。的测量仪器必须进行试验校正。电气设备绝缘预防性试验1局部放电
19、测试仪（一）电气设备绝缘预防性试验1局部放电测试仪（二）电气设备绝缘预防性试验1电气设备绝缘预防性试验1大型发电机定子绕组绝缘大型发电机定子绕组绝缘局部放电测量波形局部放电测量波形电气设备绝缘预防性试验13.5.3 用超声波探测器测量局部放电用超声波探测器测量局部放电 v特点特点与电脉冲法相比，抗干扰能力相对较强与电脉冲法相比，抗干扰能力相对较强v工作原理工作原理发生局部放电时，会产生超声波，并向四面传递，发生局部放电时，会产生超声波，并向四面传递，直到电气设备容器的表面直到电气设备容器的表面在设备外壁，放一在设备外壁，放一压电元件压电元件，在交变压力波的作用，在交变压力波的作用下，压电晶体便
20、产生交变的弹性变形，晶体沿受力下，压电晶体便产生交变的弹性变形，晶体沿受力方向的两端面上便会出现交变的束缚电荷方向的两端面上便会出现交变的束缚电荷将交变压力波产生的束缚电荷转换为电气量，由此将交变压力波产生的束缚电荷转换为电气量，由此可测量局部放电可测量局部放电电气设备绝缘预防性试验1局部放电测量小结局部放电测量小结v绝缘中内在的局部缺陷，特别是在程度绝缘中内在的局部缺陷，特别是在程度尚不严重时，用别的方法往往很难发现尚不严重时，用别的方法往往很难发现v用测量局部放电的方法，却能比较灵敏用测量局部放电的方法，却能比较灵敏地检测出来地检测出来v电力部门现已将局部放电列入试验项目电力部门现已将局部
21、放电列入试验项目v局放测量对发现绝缘早期缺陷，具有很局放测量对发现绝缘早期缺陷，具有很重要的意义！重要的意义！电气设备绝缘预防性试验1电压分布的测量电压分布的测量u绝缘表面电压分布的特点：绝缘表面电压分布的特点：u当表面比较清洁时：电压分布由绝缘电容和杂散电容决定u当表面因污染而电阻下降时：电压分布由表面电导决定u测量电压分布可以发现的绝缘状况：测量电压分布可以发现的绝缘状况：u掌握绝缘子串的污秽状况u绝缘子绝缘状况，特别是可用来判别零值绝缘子u通过测量电机线棒对铁芯的电位，判断线棒与槽壁接触状况及气隙放电电气设备绝缘预防性试验1u短路叉测量电压分布的方法：短路叉测量电压分布的方法：将短路叉的
22、一端将短路叉的一端2与被测绝缘子下方紧邻的绝缘子的与被测绝缘子下方紧邻的绝缘子的铁帽相接触，再将另一端铁帽相接触，再将另一端l靠近被测绝缘子的铁帽，此时，靠近被测绝缘子的铁帽，此时，若被测绝缘子承受了一定的电压则在短路叉若被测绝缘子承受了一定的电压则在短路叉1端与铁帽间产端与铁帽间产生火花。被测绝缘子承受的电压越高，则出现火花越早，生火花。被测绝缘子承受的电压越高，则出现火花越早，且火花的声音亦越大。且火花的声音亦越大。u短路叉火花放电电压可调短路叉火花放电电压可调u可以定性，但无法定量可以定性，但无法定量u要防止放电导致绝缘闪络要防止放电导致绝缘闪络u缺点：分辨率较低，易受环境影响缺点：分辨
23、率较低，易受环境影响电气设备绝缘预防性试验1u音响式测杆：音响式测杆：u音响式测杆的测量原理：音响式测杆的测量原理：u高压电容C及放电管等在工作时处于高电位，而右侧所示的接收器及仪表等处于低电位，两者用空心绝缘杆连接起来u当被测绝缘子两端电压降低时，放电管的放电频率降低，发声器中发出的声音频率也变低，于是，仪表读数较小，反之则较大u与火花放电大小相对应得放电管频率信号可用声音表达，也可采用光的形式传递u音响式测杆的检出电压范围约为120kV电气设备绝缘预防性试验13.6 绝缘油中溶解气体分析绝缘油中溶解气体分析（DGA）v绝缘油是电气设备绝缘的重要组成部分绝缘油是电气设备绝缘的重要组成部分绝缘
24、绝缘冷却冷却灭弧灭弧v绝缘油试验绝缘油试验绝缘油的电气试验绝缘油的电气试验 绝缘油中溶解气体分析（绝缘油中溶解气体分析（DGADGA）v试验时电气设备可以不必停电！试验时电气设备可以不必停电！电气设备绝缘预防性试验13.6.1 绝缘油的电气试验绝缘油的电气试验 v电气试验的主要内容电气试验的主要内容油的闪点：油的闪点：油在规定条件下加热，直到它的蒸汽与油在规定条件下加热，直到它的蒸汽与空气的混合气接触火焰发生闪火时的最低温度，称空气的混合气接触火焰发生闪火时的最低温度，称为闪点为闪点 酸值酸值水分水分游离碳游离碳电气强度电气强度介质损失角正切值介质损失角正切值tg等等v带电取油样带电取油样化验
25、化验分析分析结论结论 电气设备绝缘预防性试验1电气设备绝缘预防性试验13.6.2 绝缘油中溶解气体分析（绝缘油中溶解气体分析（DGA）v得到了普遍应用和高度重视，已列入了预防性试得到了普遍应用和高度重视，已列入了预防性试验标准，并有相应的试验导则验标准，并有相应的试验导则v通过分析油中所含气体的组成和含量来判断设备通过分析油中所含气体的组成和含量来判断设备内部的潜伏性缺陷内部的潜伏性缺陷电气设备内部有局部过热或局部放电等缺陷时，就会电气设备内部有局部过热或局部放电等缺陷时，就会分解而产生气体，并不断溶解于绝缘油中分解而产生气体，并不断溶解于绝缘油中不同性质的典型故障，产生的溶解气体的成分及不同
26、不同性质的典型故障，产生的溶解气体的成分及不同成分之间的比例都有所不同成分之间的比例都有所不同v分析方法分析方法特征气体法特征气体法三比值法三比值法等等电气设备绝缘预防性试验1分析过程分析过程v取出运行中电气设备的油样取出运行中电气设备的油样v油样真空脱气油样真空脱气v将脱出的气体压缩至常压将脱出的气体压缩至常压v用注射器抽取试样后进行分析用注射器抽取试样后进行分析v分析仪器分析仪器 【气相色谱仪】【气相色谱仪】&分析结果表示方法分析结果表示方法 每升绝缘油中所含各气体组分的微升数每升绝缘油中所含各气体组分的微升数【以（【以（10-6）表示，并换算到标准大气条件下）表示，并换算到标准大气条件下
27、（0.101325MPa，20）】）】电气设备绝缘预防性试验1色谱柱色谱柱：U形或圆盘形管，装有吸附剂，当气样注入管中后，吸附剂便能使不同成分的气体先后流出色谱柱 H2、O2、CH4、CO2 CH4、C2H6、C2H4、C3H8、C2H2、C3H6102G-D气相色谱仪工作流程气相色谱仪工作流程 电气设备绝缘预防性试验16.7绝缘状态的在线监测绝缘状态的在线监测电气设备绝缘预防性试验13.7 高压耐压试验高压耐压试验 v对设备绝缘的考核最为严格，有破坏性对设备绝缘的考核最为严格，有破坏性v在非破坏性试验合格后进行在非破坏性试验合格后进行v耐压试验类型耐压试验类型交流耐压交流耐压直流耐压直流耐压
28、冲击耐压试验冲击耐压试验 电气设备绝缘预防性试验13.7.1 交流耐压试验交流耐压试验 v工频工频交流耐压试验最为常用交流耐压试验最为常用v程序程序对被试设备施加超过其额定工作电压若干倍数的对被试设备施加超过其额定工作电压若干倍数的交流高压，并持续一定时间（一般为交流高压，并持续一定时间（一般为1 1分钟），分钟），期间观察设备绝缘是否出现异常现象或发生闪络、期间观察设备绝缘是否出现异常现象或发生闪络、击穿击穿v试验电压和试验周期要选择适当！试验电压和试验周期要选择适当！固体有机绝缘会产生累积效应固体有机绝缘会产生累积效应 电气设备绝缘预防性试验1工频交流耐压试验的原理接线图工频交流耐压试验的
29、原理接线图 V220VBKRGTY被试品被试品TY为低压调压装置，为低压调压装置，B为试验变压器，为试验变压器，R为限流保护电阻，为限流保护电阻，G为保护球隙为保护球隙试验变压器试验变压器B B的特点：的特点：单相，输出电压高、容量相对较小，绝缘裕度小，间歇性工作方式单相，输出电压高、容量相对较小，绝缘裕度小，间歇性工作方式 电气设备绝缘预防性试验1电气设备绝缘预防性试验1电气设备绝缘预防性试验1工频耐压试验对试验设备的要求工频耐压试验对试验设备的要求 v输出电压高输出电压高&目前试验变压器最高输出电压，国内为目前试验变压器最高输出电压，国内为2250kV，国外为，国外为3000kV v输出电压波形畸变要小，调压要平稳、输出电压波形畸变要小，调压要平稳、均匀均匀 v容量要满足要求容量要满足要求 试验变压器的容量试验变压器的容量PCxU2【U为试验电压，为试验电压，Cx为被试设备电容】为被试设备电容】电气设备绝缘预防性试验1Whats these?电气设备绝缘预防性试验13.7.2 直流耐压试验直流耐压试验 低压控制箱低压控制箱 2 2 0VA被被 试试 品品限 流 电限 流 电阻阻高压发生装置高压发生装置电气设备绝缘预防性试验12022-8-15电气设备绝缘预防性试验1
